第13章 TCP编程(1)_socket套接字

1. socket套接字

(1)套接字简介

第13章 TCP编程(1)_socket套接字

  ①socket是一种通讯机制,它包含一整套的调用接口和数据结构的定义,它给应用进程提供了使用如TCP/UDP等网络协议进行网络通讯的手段。

  ②Linux中的网络编程通过socket接口实现。socket是一种特殊的IO,提供对应的文件描述符

  ③一个完整的socket都有一个相关描述(协议、本地地址、本地端口、远程地址和远程端口等)。

  ④每一个套接字有一个本地的唯一socket,由操作系统分配。

(2)创建socket

头文件

#include <sys/socket.h>

函数

int socket(int domain, int type, int protocol);

参数

domain参数:

  ①AF_INET:   IPv4因特网域

  ②AF_INET6:  IPv6因特网域

  ③AF_UNIX:   unix域

  ④AF_UNSPEC: 未指定

type参数:

  ①SOCK_STREAM: 流式的套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流。它使用了TCP协议,TCP保证了数据传输的正确性和顺序性。

  ②SOCK_DGRAM:数据报套接字定义了一种无连接的服务,数据通过相互独立的报文进行传输,是无序的,并且不保证可靠及无差错。

  ③SOCK_RAW:原始套接字允许对低层协议(如IP或ICMP)直接访问,主要用于新的网络协议实现的测试等。

  ④SOCK_SEQPACKET: 长度固定、有序、可靠的面各连接报文传递。

protocol参数:通常为0,表示按给定的域和套接字类型选择默认协议。

功能

创建套接字

返回值

成功返回内核中消息队列的标识ID,出错返回-1

备注

套接字创建在内核中,若创建成功则返回内核文件描述表中的socket描述符。

2. 字节序、地址结构和IPv4地址族

(1)字节序

第13章 TCP编程(1)_socket套接字

  ①不同体系结构的主机使用不同的字节序存储器来保存多字节整数。字节存储顺序不同,有的系统是高位在前,低位在后,而有的系统是低位在前,高位在后。

  ②字节序分为大端(高位存储于低地址,低位存储于高地址)小端(高位存储于高地址,低位存储于低地址)

  ③网络协议使用网络字节序,即大端字节序

(2)字节序转换函数

  ①uint32_t htonl(unit32_t hostlong); //将32位整数从主机字节序转为网络字节序

  ②uint16_t htons(unit16_t hostshort);//将16位整数从主机字节序转为网络字节序③uint32_t ntohl(unit32_t netlong); //将32位整数从网络字节序转为主机字节序  

  ④uint16_t ntohs(unit16_t netshort);//将16位整数从网络字节序转为主机字节序

(3)通用地址结构

头文件

#include <sys/socket.h>

结构体

struct sockaddr{

  unsigned short sa_family;  //internet地址族,AF_XXX

  char sa_data[14];          //14字节的协议地址

}

备注

①sa_data包含了一些远程电脑的地址、端口和套接字的数目,它里面的数据是杂溶在一起的。

②sa_family一般来说,IPv4使用AF_INET。

③在传递给需要地址结构的函数时,把指向该结构体的指针转换成(struct sockaddr*)传递进去。

(4)因特网地址结构(专用地址结构)

头文件

#include <sys/socket.h>

结构体

struct in_addr{   //其中的in指的是internet

  in_addr_t  s_addr   //ipv4地址

}

struct sockaddr_in{

  short int  sin_family;    //internet地址族,AF_XXX(主机字节序)

  unsigned short int sin_port; //端口号,16位(网络字节序)

  struct in_addr sin_addr;   //32位的IPv4地址(网络字节序)

  unsigned char sin_zero[8]; //添0(为了格式对齐的填充位)

}

备注

sockaddr和sockaddr_in这两个数据类型是等效的,可以相互转换,通常使用sockaddr_in更为方便。

(5)IPv4地址族和字符地址间的转换

头文件

#include <arp/inet.h>

函数1

const char* inet_ntop(int domain, const void* addr,

char* str, socklen_t size);//网络字节地址转为点分十进制

返回:成功返回地址字符串指针,出错返回NULL

函数2

int inet_pton(int domain, const char* str, void* addr);//点分转网络

返回:成功返回1,无效格式返回0,出错返回-1

参数

domain:Internet地址族,如AF_INET

addr: internet地址,32位IPv4地址(网络字节序)

str: 地址字符串(点分十进制)指针

size: 地址字符串大小

(6)填写IPv4地址族结构体案例

struct sockaddr_in sin;      //定义一个sockaddr_in结构体
char buf[]; memset(&sin, , sizeof(sin));
sin.sin_family = AF_INET; //填写Internet地址族
sin.sin_port = htons((short)); //填写端口号(网络字节序) //填充sin_addr
if(inet_pton(AF_INET, "192.168.2.1", &sin.sin_addr.s_addr) <=){
//错误处理
} printf("%s\n", inet_ntop(AF_INET, &sin.sin_addr.s_addr,buf, sizeof(buf)));

3. TCP编程模型

3.1 TCP通讯模型

第13章 TCP编程(1)_socket套接字

(1)服务端调用序列

  ①调用socket函数创建套接字

  ②调用bind绑定本地地址和端口

  ③调用listen启动监听

  ④调用access从己连接队列中提取客户连接

  ⑤调用I/O函数(read/write)与客户端通讯

  ⑥调用close关闭套接字

(2)客户端调用序列

  ①调用socket函数创建套接字

  ②调用connect连接服务器端

  ③调用I/O函数(read/write)与服务器端通讯

  ④调用close关闭套接字

3.2 相关函数

(1)套接字与地址绑定

头文件

#include <sys/socket.h>

绑定地址

int bind(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t len);

返回:成功返回0,出错返回-1

特特地址:#define INADDR_ANY  (uint32_t)0x00000000 //响应主机上的任何一个可用的IP地址。

查找绑定到套接字的地址

int getsockname(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t alenp)

返回:成功返回0,出错返回-1

获取对方地址

int getpeername(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t alenp)

返回:成功返回0,出错返回-1

(2)建立连接

头文件

#include <sys/socket.h>

服务器端

①int listen(int sockfd, int backlog);//backlog为指定进行客户端连接排队的队列长度。

返回:成功返回0,出错返回-1

②int accept(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t* len);

客户端

int connect(int sockfd, cosnt struct sockaddr* addr, socklen_t len)

返回:成功返回0,出错返回-1

【编程实验】获得服务器的时间

//time_tcp_server.c(服务端)

#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <memory.h>
#include <time.h>
#include <signal.h> /*获取服务器端的当前时间*
测试:telnet 127.0.0.1 xxxx
http://xxx.xxx.xxx.xxx:端口号
注意:演示时可关闭服务器的防火墙,防止端口被过滤
#service iptables status 查看防火墙
#service iptables stop 关闭防火墙
*/ int sockfd;
int bStop = ; void sig_handler(int signo)
{
if(signo == SIGINT){
bStop = ;
printf("server close\n"); exit();
}
} //显示客户端信息
void out_addr(struct sockaddr_in* addr)
{
//将端口从网络字节序转换成主机字节序
int port = ntohs(addr->sin_port);
//获得IP地址
char ip[] ={};
//将ip地址从网络字节序转换成点分十分制
inet_ntop(AF_INET, &addr->sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip)); printf("Client: %s(%d) connected\n", ip, port);
} //服务程序
void do_service(int fd)
{
//获得系统时间
long t = time();
char* s = ctime(&t);
size_t size = strlen(s) * sizeof(char); //将服务器端获得的系统时间写回客户端
if(write(fd, s, size) != size){
perror("write error");
}
} int main(int argc, char* argv[])
{
if(argc < ){
printf("usage: %s port\n", argv[]);
} //按ctrl-c时中止服务端程序
if(signal(SIGINT, sig_handler) == SIG_ERR){
perror("signal sigint error");
exit();
} /*步骤1:创建socket(套接字)
*注:socket创建在内核中,是一个结构体
*AF_INET:IPv4
*SOCK_STREAM:tcp协议
*/
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, ); /*步骤2:将sock和地址(包括ip、port)进行绑定*/
struct sockaddr_in servAddr; //使用专用地址结构体
memset(&servAddr, , sizeof(servAddr));
//往地址中填入ip、port和Internet地址族类型
servAddr.sin_family = AF_INET;//IPv4
servAddr.sin_port = htons(atoi(argv[])); //port
servAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //任一可用的IP if(bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) < ){
perror("bind error");
exit();
} /*步骤3:调用listen函数启动监听
* 通知系统去接受来自客户端的连接请求
*/
if(listen(sockfd, ) < ){ //队列中最多允许10个连接请求
perror("listen error");
exit();
} /*步骤4:调用accept函数,从请求队列中获取一个连接
* 并返回新的socket描述符
* */
struct sockaddr_in clientAddr;
socklen_t clientAddr_len = sizeof(clientAddr);
while(!bStop){
//如果没有客户端连接,调用此函数后会阻塞,直至获得一个客户端连接
int fd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientAddr, &clientAddr_len); if(fd < ){
perror("accept error");
continue;
} //输出客户端信息
out_addr(&clientAddr); /*步骤5:调用IO函数(read/write)和客户端进行双向通信*/
do_service(fd); /*步骤6: 关闭fd套接字*/
close(fd);
} close(sockfd); return ;
}
/*输出结果
* [root@localhost 13.TCP]# bin/time_tcp_server 8888
* Client: 192.168.32.100(40672) connected
* Client: 127.0.0.1(40608) connected
* Client: 192.168.32.100(40674) connected
*/

//time_tcp_client.c(客户端)

#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <memory.h> int main(int argc, char* argv[])
{
if(argc < ){
printf("usage: %s ip port\n", argv[]);
exit();
} /*步骤1: 创建socket(套接字)*/
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
if(sockfd < ){
perror("socket error");
} //往servAddr中填入ip、port和地址族类型
struct sockaddr_in servAddr;
memset(&servAddr, , sizeof(servAddr));
servAddr.sin_family = AF_INET;
servAddr.sin_port = htons(atoi(argv[]));
//将ip地址转换成网络字节序后填入servAdd中
inet_pton(AF_INET, argv[], &servAddr.sin_addr.s_addr); /*步骤2: 客户端调用connect函数连接到服务器端*/
if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) < ){
perror("connect error");
exit();
} /*步骤3: 调用IO函数(read/write)和服务端进行双向通信*/
char buffer[];
memset(buffer, , sizeof(buffer));
size_t size;
if((size = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer))) < ){
perror("read error");
} if(write(STDOUT_FILENO, buffer, size) != size){
perror("write error");
} /*关闭套接字*/
close(sockfd);
}
/*输出结果
[root@localhost 13.TCP]# bin/time_tcp_client 127.0.0.1 8888
Fri Mar 17 16:35:57 2017
*/
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